2014版高中物理 3-4磁场对通电导线的作用力课件 新人教版选修3-1

课前自主导学当堂双基达标课堂互动探究课后知能检测教学教法分析教学方案设计4通电导线在磁场中受到的力●课标要求1．通过实验，认识安培力．2．会判断安培力的方向．3．会计算匀强磁场中安培力的大小．●课标解读1．观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论．知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向．2．推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小．3．知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理．●教学地位本节知识是电磁学的基础，在高考中常被考查到，可以直接命题，也可以与其他知识综合命题，学习过程中对本节内容要引起足够重视.●新课导入建议电流通过磁电式电流表时，表针会发生偏转，洗衣机、电风扇接入电路时，电动机开始运转，你知道这是为什么吗？学习本节知识后，就可以解决这个问题．●教学流程设计课前预习安排：1.看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路⇓步骤7：完成“探究3”重在讲解【规律总结】技巧⇐步骤6：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1”相同⇐步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：教师通过例题讲解总结安培力方向的判断方法⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课时作业】课标解读重点难点1.知道什么是安培力．2.知道左手定则的内容，会用左手定则进行三个方向(电流方向、磁场方向、安培力方向)的相互判断．3.知道一般情况下安培力的表达式：F＝ILBsinθ，并会解答有关问题．4.知道磁电式电流表的基本构造和工作原理.1.安培力方向的判断．(重点)2.安培力大小的计算．(重点)3.安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系．(难点)安培力的方向1.基本知识(1)安培力：在磁场中受的力．(2)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线，并使四指指向的方向，这时的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．通电导线从掌心进入电流拇指所指(3)安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于所决定的平面．2．思考判断(1)当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同．()(2)已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手．()B和I××3．探究交流如图3－4－1所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用，在什么情况下两条直导线相互吸引，什么情况下两条直导线相互排斥？图3－4－1【提示】每一条通电直导线均处在另一直导线电流产生的磁场中，根据安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向，再根据左手定则可判断出每一条通电直导线所受的安培力，由此可知，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.安培力的大小1.基本知识(1)通电导线垂直于磁场B放置时，通电导线所受的安培力为F＝ILB.(2)当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，通电导线所受的安培力为F＝.ILBsinθ2．思考判断(1)通电导线在磁场中一定受安培力的作用．()(2)两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小相等，方向相同．()(3)通以10A的通电直导线，长为0.1m，处在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中，所受安培力可能为0.02N．()××√3．探究交流通电直导线放在匀强磁场中一定受安培力吗？【提示】不一定．当通电直导线与磁感线平行时不受安培力；只要不平行就会受到安培力的作用.磁电式电流表1.基本知识(1)构造：最基本的是和放在磁铁两极之间的．图3－4－2磁铁线圈(2)原理①通电线圈在磁场中受安培力发生．螺旋弹簧，线圈的转动．转动变形反抗图3－4－3②线圈偏转的越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定被测电流的；根据线圈偏转的，可以知道被测电流的方向．(3)特点表盘刻度．(4)优、缺点①优点：灵敏度高，可以测出的电流．②缺点：线圈的导线，允许通过的电流很弱．角度大小方向均匀很弱很细2．思考判断(1)磁电式电表只能测定电流的大小不能确定被测电流的方向．()(2)增加线圈匝数和增加线圈面积都可提高磁电式电流表的灵敏度．()(3)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场．()×√√3．探究交流磁电式电流表表盘的刻度为什么是均匀的？【提示】因为磁电式电表两磁极间装有极靴．极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，所以表盘的刻度是均匀的.安培力的方向【问题导思】1．磁场方向与电流方向不垂直时，安培力的方向是否仍与两者方向垂直？2．电流方向和磁场方向确定时，安培力的方向是否是唯一确定的？1．安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向．即安培力的方向垂直于电流跟磁场决定的平面，所以判断安培力的方向时，首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，再根据左手定则判断安培力的具体方向．2．电流方向和磁场方向间没有因果关系，这两个方向的关系是不确定的．这两个方向共同决定了安培力的方向，所以，已知电流方向和磁场方向时，安培力的方向是唯一确定的，但已知安培力和磁场方向时，电流方向不确定．3．与磁场力相比，电场力是纵向力，其方向总是与电场方向平行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直．(多选)(2012·海南高考)图3－4－15中装置可演示磁场对通电导线的作用．电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动．下列说法正确的是()图3－4－4A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动【解析】若a接正极，b接负极，由右手螺旋定则知电磁铁上下两磁极间磁场方向向上，若e接正极，f接负极，由左手定则知L受到的安培力向左；若e接负极，f接正极，L受到的安培力向右．选项A错误，选项B正确．同理，若a接负极，b接正极，磁场方向向下，e接负极，f接正极，L所受的安培力向左；e接正极，f接负极，L所受的安培力向右，选项C错误，选项D正确．【答案】BD1．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()【解析】根据左手定则可得只有D正确．【答案】D安培力的大小【问题导思】1．如何计算磁场中弯曲导线所受安培力的大小？2．公式F＝ILBsinθ在非匀强磁场中是否适用？1．对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)θ是B与I的夹角，当B与I垂直时，即sin90°＝1，则F＝ILB.(2)公式F＝ILBsinθ中：①B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响．②L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－4－5)；相应的电流沿L由始端流向末端．图3－4－52．F＝ILBsinθ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．3．电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用，当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用．1．公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析．2．公式F＝ILBsinθ中的Lsinθ也可以理解为L在垂直于磁场方向上的“有效长度”．(2013·绍兴一中检测)如图3－4－6一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图3－4－6A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB【解析】导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad＝(2＋1)L，故线段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝(2＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．【答案】A2．(多选)(2013·西安期中检测)如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B1＝1T．位于纸面内的细直导线，长L＝1m，通有I＝1A的恒定电流．当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零．则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2大小可能为()A.T2B.32TC.T4D.3T图3－4－7【解析】由于通电导线在磁场中受到的安培力为零，则可知B1与B2的合磁场方向沿着导线，如图所示．当B2与导线垂直时B2最小，其值B2＝B1sin60°＝1×32T＝32T.当B2与导线不垂直且满足B沿着导线，则B232T，由此知选项B、D正确．【答案】BD综合解题方略——安培力作用下物体的平衡如图3－4－8所示，导体杆ab的质量为m，电阻为R，放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计，问：若导线光滑，电源电动势E多大才能使导体杆静止在导轨上？图3－4－8【审题指导】本题考查闭合电路欧姆定律、共点力的平衡、安培力公式的应用．解题时可先根据受力情况求出安培力，并进一步求出电流，最后由闭合电路欧姆定律求出电源电动势．【规范解答】由闭合电路欧姆定律得：E＝IR导体杆受力情况如右图，则由共点力平衡条件可得F安＝mgtanθF安＝BId由以上各式可得出E＝mgRtanθBd.【答案】mgRtanθBd1．若是立体图，则必须先将立体图转换为平面图．2．对物体受力分析，要注意安培力方向的确定．3．根据平衡条件或物体的运动状态列出方程．4．如果用到其他规律，如闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律、能量的转化与守恒等，也要列出相应的方程．5．解方程求解并验证结果．【备课资源】(教师用书独具)1．如图教3－4－1所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，则b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误的是()图教3－4－1A．方向向上B．大小为2mg2LIC．要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移D．若使b下移，a将不能保持静止【解析】由安培定则可知A正确，由mgsinα＝BLIcosα知B＝mgsinαLIcosα，B错误，若要使B最小，应在垂直斜面向上的方向上，所以C、D正确．【答案】B2．如图教3－4－2所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升图教3－4－2【解析】如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分，中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力．左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则其受力方向向外．右